DE2065005A1

DE2065005A1 - Cast water cooled cylinder head - for internal combustion engines

Info

Publication number: DE2065005A1
Application number: DE19702065005
Authority: DE
Inventors: Robert P Arlington Heights 111 Koziara (V St A ) P
Original assignee: International Harvester Co , Chica go, 111 (V St A )
Priority date: 1970-03-20
Filing date: 1970-03-20
Publication date: 1972-01-13
Also published as: DE2065005B2; DE2065005C3

Abstract

In a water cooled cylinder with in- and outlets, which end up by a streamlined change in shape in outlets, into which valves can be fitted, these are spaced at right angles to the bearing surface. Between the outlets is disposed at right angles to axes of the channels and parallel to the bearing surface, a cooling water channel. This channel has a cross-section of which the ratio of width to height is >=1, the outer side of one of the channels at least near one of the openings, being undercut in the region of the openings. This design permits adequate dimensioning of the cooling channel without running into difficulties with the casting mould. The cylinder head is intended for i.c. engines.

Description

Wassergekühlter Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen wassergekühlten Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen, dessen Einlaß- bzw. Auslaßkanal in stromlinienförmigem Verlauf in zwei im Abstand voneinander und etwa rechtwinklig zur Auflagerfläche liegende, zur Aufnahme von Ventilen bestimmte Ausläufe übergeht, zwischen denen quer zur Längsachse des Einlaß- bzw0 Auslaßkanals und etwa parallel zur Auflagerfläche auf Abstand von dieser ein Kühlwasserkanal angeordnet ist. Water-cooled cylinder head for internal combustion engines The invention relates to a water-cooled cylinder head for internal combustion engines, its Inlet or outlet channel in a streamlined course in two at a distance from each other and located approximately at right angles to the support surface, intended to accommodate valves Outlets merge, between which transversely to the longitudinal axis of the inlet or outlet channel and a cooling water channel approximately parallel to the support surface at a distance therefrom is arranged.

Bei einem üblicherweise im Gußverfahren gefertigten Zylinderkopf, dessen Einlaß- bzw. Auslaßkanal mit zwei nach der Auflagerfläche hin gerichteten zur Aufnahme von Ventilsitzen bestimmten Ausläufen versehen ist, bereitet es Schwierigkeiten, den üblicherweise zwischen den Ausläufen vorgesehenen Kühlwasserkanal ausreichend groß zu machen. Der Grund hierfür liegt in der Anordnung der für die Ausläufe beim Guß notwendigen Kerne, deren Lage und Abstand durch die in den gegossenen Zylinderkopf einzusetzenden Ventile festgelegt ist. Da der Abstand dieser Kerne voneinander verhältnismäßig klein ist, steht auch für den zwischen ihnen anzuordnenden Kern des Kühlwassermantels und vor allem für dessen Breite nur wenig Raum zur Verfügung. Um durch den Kanal eine größere Menge an Kühlwasser je Blächeneinheit des lichten Querschnittes hindurchzuführen, gab es nur den Ausweg, den Kanal in seinen Höhenbemessungen zu vergrößern.In the case of a cylinder head usually manufactured using a casting process, its inlet or outlet channel with two directed towards the support surface is provided for receiving valve seats certain outlets, it is difficult to the cooling water channel usually provided between the outlets is sufficient to make great. The reason for this lies in the arrangement of the for the outlets Cast necessary cores, their location and spacing through the cast in the cylinder head valves to be used is specified. Since the distance between these cores is proportionate is small, also stands for the core of the cooling water jacket to be arranged between them and, above all, little space is available for its width. To by the canal to pass a larger amount of cooling water per unit area of the clear cross-section, the only way out was to increase the height of the canal.

Nicht nur führt eine Vergrößerung des Kühlwasserkanals in der Höhe zu einer nicht erwünschten vergrößerten Höhenabmessung des Zylinderkopfes, sondern eine solche sich in die Höhe erstreckende lichte Kanalseite ist auch weniger wirksam für die Abfuhr dei Wä-ine, die am empfindlichsten im Bereich der Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen auftritt.Not only does an increase in the height of the cooling water channel lead to it to an undesirable increased height dimension of the cylinder head, but such an upwardly extending clear channel side is also less effective for the discharge of the water, which is most sensitive in the area of the inlet and outlet openings occurs.

Um eine intensivere Wärmeabfuhr aus der Zone zwischen den zur Aufnahme von Ventilen bestimmten Auslaufen zu erreichen, hat bei dem eingangs beschriebenen Zylinderkopf der Kühlwasserkanal gemäß der Erfindung einen Querschnitt, dessen Verhältnis von Breite zu Höhe gleich oder größer ist als 1, und wenigstens eine der den Auslauföffnungen benachbart liegende Außenseite des Kühlwasserkanals ist im Bereich dieser Öffnung hinterschnitten.To achieve a more intensive heat dissipation from the zone between the for inclusion To achieve certain leakage of valves, has in the case of the initially described Cylinder head of the cooling water duct according to the invention has a cross section, its ratio from width to height is equal to or greater than 1, and at least one of the outlet openings adjacent outside of the cooling water channel is in the area of this opening undercut.

Eine zweckmäßige Anordnung des Zylinderkopfes ergibt sich dadurch, daß nach Anordnung des Kopfes auf dem Zylinder der Ein- bzw. Auslaßkanal und auch der Übergang zum zunächst liegenden Auslauf benachbart zur Seitenwand des Zylinders angeordnet sind, wobei eine Außenseitenwand des Kanals und des zunächst liegenden Auslaufs eine wesentlichen tangentiale Lage zum Zylinder einnehmen, und daß der Ein- bzw.A suitable arrangement of the cylinder head results from that according to the arrangement of the head on the cylinder, the inlet or outlet channel and also the transition to the first spout adjacent to the side wall of the cylinder are arranged, with an outer side wall of the channel and the next lying Spout occupy a substantial tangential position to the cylinder, and that the One or

Auslaßkanal und der Übergang zum weiter abgelegenen Auslauf in ähnlicher Weise eine im wesentlichen tangentiale Lage zum Zylinder einnehmen.The outlet channel and the transition to the more remote outlet are similar Way take a substantially tangential position to the cylinder.

Bei einem Verhältnis von Breite zu Höhe des Kühlwsserkanalquerschnittes gleich oder größer als 1 reicht der Kühlwassermantel an sich zu weit in die Bereiche der zwei im Abstand voneinander in der Auflagerfläche befindlichen Auslauföffnungen des Einlaß- bzw. Auslaßkanals. Die dadurch verursachte Erschwerung, ausreichend große Ventilsitze für die dort einzusetzenden Ventile zu schaffen, wird dadurch behoben, daß der Kühlwassermantel dort, wo er bis in den Bereich eines vorzusehendenYentilsitzes reicht - was entweder nur auf der einen Seite oder auf beiden Seiten des Sühlwassermantels der Fall sein kann - hinterschnitten ist.With a ratio of width to height of the cooling water channel cross-section equal to or greater than 1, the cooling water jacket extends too far into the areas the two outlet openings located at a distance from each other in the support surface of the inlet or outlet channel. The aggravation caused by it, sufficient To create large valve seats for the valves to be used there is thereby fixed that the cooling water jacket where it was in the area of a valve seat to be provided is enough - which is either only on one side or on both sides of the cooling water jacket may be the case - is undercut.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiele erläutert0 In der Zeichnung ist Fig. 1 ein durch die Ebene der beidseitig des Kühlwassermantels gelegenen Ventile gelegter vertikaler durch eineh Zylinderkopf einer V8 Dieselmaschine; Fig. 2 eine Draufsicht auf den Zylinderkopf; Fig. 3 ein Querschnitt langs der Linie V-V in Fig. 2; Fig. 4 ein Querschnitt langs der Linie XI-XI in Æg. 2.The invention is reproduced below with reference to the in the drawing Exemplary embodiments explained0 In the drawing, Fig. 1 is a through the plane the valves located on both sides of the cooling water jacket are placed vertically through a cylinder head of a V8 diesel engine; Fig. 2 is a plan view of the cylinder head; Figure 3 is a cross-section along the line V-V in Figure 2; Fig. 4 is a long cross-section the line XI-XI in Æg. 2.

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Zylinderkopf 10 auf einer Bank einer V8 Dieseiniaschine 12. Dieser Kopf umfaßt vier Zylinder mit dem für alle Zylinder typischen Einlaßkanal 14, der zwei stromlinienförmig gescnwungene Krümmungen aufweist, in deren in der Auflagerfläche liegenden Öffnungen 18a bzw.Figures 1 and 2 show a cylinder head 10 on a bench V8 diesel engine 12. This head includes four cylinders with the one for all cylinders typical inlet port 14 having two streamlined curved bends, in their openings 18a or

20a zwei gleichzeitig betätigbare, auf Abstand voneinander angeordnete, parallele Einlaßventile 16 angeordnet sind, deren Teller nach unten auslaufende Ventilsitze steuern.20a two simultaneously operable, spaced apart, parallel inlet valves 16 are arranged, the plate tapering downwards Control valve seats.

Diese sich in der Bodenplatte befindenden Ventilsitze führen in den hierzu ausgerichteten Zylinder und stellen dessen Einlaßöffnurgen dar. In die Sitze sind Einlagen 22 eingepreßt. Außerdem verlaufen im Zylinderkopf quer zum Einlaßkanal 14, und von diesem durch ausreichend dicke Gußwände getrennt, in unterschiedlichen Höhen Ausnehmungen 24a für Kiihlwasser und durch Kerne erzeugte untere Kühlwasserkanäle, wie solche bei 26a veranschaulicht sind. Die Draufsicht der Fig. 2 zeigt, daß im Kopf für jeden Zylinder eine Einspritzdüse 28 vorgesehen ist und daß die Ventile etwa ringförmig derart um die jeweilige Düse angeordnet sind, daß sich auf deren einer Seite die Einlaßventile 16 befinden, denen auf der anderen Seite zwei Auslaßventile 30 gegenüberliegen.These valve seats located in the base plate lead into the for this purpose aligned cylinder and represent its inlet openings. In the seats Inlays 22 are pressed in. They also run across the intake port in the cylinder head 14, and separated from this by sufficiently thick cast walls, in different Height recesses 24a for cooling water and lower cooling water channels created by cores, as illustrated at 26a. The top view of Fig. 2 shows that in Head for each cylinder an injection nozzle 28 is provided and that the valves approximately are arranged in a ring around the respective nozzle that the inlet valves 16 are on one side and those on the other Side two exhaust valves 30 are opposite.

Der Kühlwasserkanal 26a, der, wie Fig. 1 und 3 zeigen, zwischen den Auslaßöffnungen 18a, 20a in verhältnismäßig kleinem Abstand von der Auflagerfläche und deshalb in einer Lage angeordnet ist, von der aus die anfallende Wärme gut durch das den Kanal 26a durchströmende Kühlwasser abgeführt werden kann, hat einen Querschnitt, bei dem das Verhältnis von Breite zu Höhe gleich 1 oder etwas größer als 1 ist. Infolge der Verbreiterung des Kanalquerschnittes hat der im Gießmodell für die Öffnung 18a einzusetzende Kern (die strichpunktierte Linie 46 in Fig. 3 stellt die Trennlinie zwischen Oberkasten und Unterkasten der Sandform dar) eine Begrenzung, die durch die gestrichelte Linie 48a angedeutet ist u-nd die einen größeren Abstand vom Kühlwasserkanal 26a hat als dies bisher üblich war. Die Auslaßöffnung -18a weist deshalb nicht mehr einen kreisförmigen Querschnitt auf, sondern auf der Seite des Kühlwassermantels 26a hat er die durch die Linie 48a angedeutete Begrenzung, die eine Sehne de kreisringförmigen Öffnung darstellt. Um ausreichend Platz für einen dort vorzusehenden Ventilsitz zu schaffen, wird die Öffnung mittels eines mit 50 angedeuteten, spanabhebenden Werkzeuges kegelstumpfförmig erweitert und zugleich kreisrund gestaltet, indem das Werkzeug bis in die strichpunktierte, mit 52 angedeutete Lage eingeführt ist.The cooling water channel 26a, as shown in FIGS. 1 and 3 show, between the Outlet openings 18a, 20a at a relatively small distance from the support surface and is therefore arranged in a position from which the resulting heat can pass through the cooling water flowing through the channel 26a can be discharged has a cross section where the ratio of width to height is 1 or slightly greater than 1. As a result of the widening of the cross-section of the channel, it has in the casting model for the opening 18a to be inserted core (the dash-dotted line 46 in Fig. 3 represents the dividing line between the upper box and the lower box of the sand mold) is a limitation that is caused by the dashed line 48a is indicated and a greater distance from the cooling water channel 26a has been used as previously. The outlet opening -18a therefore no longer points a circular cross-section, but on the side of the cooling water jacket 26a it has the delimitation indicated by the line 48a, the one chord of the circular ring Represents opening. In order to have enough space for a valve seat to be provided there to create, the opening by means of a 50 indicated, cutting Tool expanded in the shape of a truncated cone and at the same time designed circular by the Tool is inserted into the dot-dash line indicated by 52 position.

Der Konuswinkel des kegelstumpfförmigen Werkzeuges 50 beträgt etwa 450, und die Materialwegnahme an der Fläche 48a erstrecktAsich über einen Winkel von etwa 22 1/20.The cone angle of the frustoconical tool 50 is approximately 450, and the removal of material on surface 48a extends over an angle of about 22 1/20.

In der Pfraxi-sßkann für diesen Bearbeitungsvorgang ein Verbundwerkseug verwendet werden, welches während des Schneidvorschubes zugleich zumindest roh den erforderlichen versenkten konzentrischen Ventilsitz 54 herausfräst. In diese Versenkung wird die zuvor erwähnte Einlage 22 bis zum spitzen vertikalen Winkel der Konusfräsung eingepreßt, die einen glatten Übergang zur Ausnehmung in der Auflagerfläche schafft. Deshalb ist die Einlage mit einer in der Axialrichtung gekrümmt verlaufenden Innenfläche versehen, die sich der radialen schnittig angepaßten Innenseite gut anpaßt. Der quer durch den Einlaßkanal 14 zwischen diesem und der Auflagerfläche und zwischen den beiden Ventilsitzen verlaufende Kühlwassermantel 26a stellt keine Behinderung dar.In the Pfraxi-sß, a compound plant can be used for this process used during the cutting feed simultaneously at least roughly mill out the required recessed concentric valve seat 54. In this recess, the previously mentioned insert 22 is up to the pointy vertical Pressed-in angle of the conical milling that creates a smooth transition to the recess in the support surface creates. Therefore, the insert is with one in the axial direction provided curved inner surface, which adapted to the radial cut Inside fits well. The across the inlet channel 14 between this and the Support surface and cooling water jacket running between the two valve seats 26a does not constitute a disability.

Noch höhere Anforderungen an die Wärmeabfuhr sind bei einem Auslaßkanal zu stellen. Die sich im Auslaßkanal vereinigenden zwei Auslaßöffnungen brauchen weniger stromlinienförmig gewölbt zu sein, docn der zwischen ihnen vorgesehene Kühlwasserkanal soll möglicnst groß sein, um eine für die Wärmeabfuhr ausreichende ilenge an Kühlflüssigkeit durchzulassen.The requirements for heat dissipation are even higher in the case of an outlet duct to deliver. The two outlet openings that unite in the outlet channel need to be less streamlined arched, docn the cooling water channel provided between them should be as large as possible in order to have a sufficient amount of cooling liquid for heat dissipation to let through.

Erst recht in diesem Fall gilt die Forderung, daß der Kühlwasserkanal einen Querschnitt hat, dessen Breite zu Höhe gleich, in diesem Fall sogar vorzugsweise größer als 1 ist.In this case, the requirement that the cooling water channel apply has a cross-section whose width is equal to height, in this case even preferably is greater than 1.

zine hierfür geeignete Ausführung des Zylinderkopfes zeigt Fig. 4, in der die Linie 46 wiederum die Trennlinie zwischen Oberkasten und Unterkasten der Sandform darstellt. 114a ist der Auslaßkanal, in dem sich die an die Öffnungen in der Auflagerfläche anschließenden Auslaßleitungen 120a, 1 18a vereinigen. Zwischen diesen ist quer zur Längsachse des Auslaßkanals und etwa parallel zur Auflagerfläche auf Abstand von dieser der Kühlwasserkanal 126a angeordnet, dessen Breite größer als seine Höhe ist.Zine a suitable embodiment of the cylinder head is shown in Fig. 4, in which the line 46 in turn is the dividing line between the upper box and the lower box the sand mold represents. 114a is the outlet channel in which the to the openings Combine outlet lines 120a, 1 18a connected to the support surface. Between this is transverse to the longitudinal axis of the outlet channel and approximately parallel to the bearing surface at a distance from this the cooling water channel 126a is arranged, the width of which is greater than its height is.

Die für die Kerne beim Gießen einzuhaltenden Begrenzungen sind durch die gestrichelten Linien 148a angedeutet, die sich beidseitig des Kühlwasserkanals befinden und die die Kreisringöffnungen im gegossenen Zylinderkopf als Sehnen begrenzen. Da diese sehnenförmigen Begrenzungen in beiden Öffnungen 120a und 118a vorliegen, muß die Außenseite des Kühlwasserkanals auf beiden Seiten im Bereich dieser Öffnuten hinterschnitten sein. Dies erfolgt, wie schon beschrieben, durch Einführung eines spanabhebenden Werkzeuges, wie 50 in Fig. 3. nach oder noch während dieser die Flächen 14ba ausrundenden Bearbeitungen wird Linie für den Ventilsitz erforderliche Versenkung 154 eingearbeitet und hierin das Futter eingepreßt.The limits to be observed for the cores during casting are through the dashed lines 148a indicated, which extend on both sides of the cooling water channel are located and the Circular ring openings in the cast cylinder head as tendons limit. Since these tendon-shaped boundaries in both openings 120a and 118a are present, the outside of the cooling water channel must be in the Area of these opening grooves to be undercut. This is done, as already described, by introducing a cutting tool, such as 50 in Fig. 3. after or after during these machining operations, which round out the surfaces 14ba, the line for the valve seat becomes necessary countersinking 154 incorporated and the lining pressed into it.

Je nachdem ob der im Zylinderkopf vorgesehene Kanal ein Einlaßkanal oder ein Auslaßkanal ist, erfolgt Q- e Zuführung oder die Abführung durch eine offens Rückwand, die sich auf Abstand seitlich von dem zu bedienenden Zylinders befindet. In beiden Fällen erstreckt sich der in der Haupt richtung geneigt verlaufende Kanal von diesem offenen Ende an der Rückwand in leicht abfallendem Windel zu seinem vorderen Ende, wo er in einer offenen Ausnehmung in der Grundfläche ausläuft, wobei er, wie in Fig0 2 gezeigt, die eine Seite des Zylinders kreuzt. Zwischen den bescriebenen Enden hat der Kanal in der Grundfläche eine zweite offene Ausnehmung, die die zweite Verbindungsöffnung zum Zylinder darstellt. Ungeachtet der Flußrichtung ist weder der durch den Kopf verlaufenden Kanäle und auch der erste stromlinienförmige Öffnungsübergang benachbart zur Seitenwand des zugehörigen'Zylinders angeordnet, wobei eine äußere Seitenwand des den Kopf durchlaufenden Kanals und eine äußere Seitenstelle dieses ersten Öffnungsüberganges eine tangentiale Lage zum Zylinder einnehmen. Ähnlich verlaufen, wie die" Draufsicht zeigt, der den Kopf durchlaufende Kanal und der zweite stromlinienförmige Öffnungsübergang mit einer äußeren Seitenwand und mit einer Seitenstelle des betreffenden Kanals und der Öffnung im wesentlichen tangential zum Zylinder. Die zuvor beschriebenen Doppelöffnungen vereinfachen also den Zylinderkopf sowohl herstellungsmäßig als auch wirkungsmäßig.Depending on whether the channel provided in the cylinder head is an inlet channel or an outlet channel, Q-e feed or discharge takes place through an open Rear wall, which is located at a distance to the side of the cylinder to be operated. In both cases, the inclined channel extends in the main direction from this open end on the back wall in a slightly sloping diaper to his front End where it ends in an open recess in the base, where it, like shown in Fig0 2 crossing one side of the cylinder. Between the described At the ends, the channel has a second open recess in the base, which is the second Represents connection opening to the cylinder. Regardless of the direction of flow, neither the channels running through the head and also the first streamlined opening transition arranged adjacent to the side wall of the associated'Zylinder, with an outer Side wall of the channel passing through the head and an outer side location of this first opening transition assume a tangential position to the cylinder. Similar run, as the "plan view shows, the channel passing through the head and the second streamlined opening transition with an outer side wall and with a side point of the channel in question and the opening essentially tangential to the cylinder. The previously described double openings thus both simplify the cylinder head in terms of production as well as in terms of effectiveness.

Claims

lo water-cooled cylinder head for internal combustion engines, whose inlet or outlet channel in a streamlined course in two at a distance from each other and Lying approximately at right angles to the support surface, intended to accommodate valves Outlets merges, between which ouer to the longitudinal axis of the inlet or outlet channel and a cooling water channel approximately parallel to the support surface at a distance therefrom is arranged, characterized in that the cooling water channel (26a) has a cross section whose ratio of width to height is equal to or greater than 1 and da3 at least one of the outer sides of the cooling water channel adjacent to the openings (18a or 20a) is undercut in the area of this opening.

2. Cylinder.-opf according to claim 1, characterized in that according to Arrangement of the head on the cylinder of the one or. Outlet channel and also the transition to the first lying outlet (18a) arranged adjacent to the side wall of the cylinder are, with an outer side wall of the channel and the first lying outlet assume an essentially tangential position to the cylinder, and that the entry or Outlet channel and the transition to the more remote outlet (20a) in a similar manner assume an essentially tangential position to the cylinder0